[发明专利]一种锂离子电池的锡锌合金负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及了一种用作锂离子电池负极材料，即锡锌 合金负极材料的制备方法。

背景技术

自从1990年索尼公司将锂离子电池商业化以来，由于其能量密度大、循环寿命 长、工作电压高、无记忆效应、自放电小和工作温度范围宽等优点，在世界范围内掀 起了锂离子电池研究的高潮。从近10多年的发展来看，锂离子电池的应用发展异常 迅速，容量也在不断提高，但是其容量的提高主要是建立在对电池容积的充分利用上， 电池所用的正、负极材料却没有太大的变化。但便携式电子设备的发展和信息化技术 的需求对锂离子电池提出了更高的要求，改进电池的正、负极活性材料已是迫在眉睫。

锂离子电池负极材料作为提高锂离子电池能量及循环寿命的重要因素，理所当然 地成为人们研究的重点。目前商品化的锂离子电池的负极材料主要是石墨化碳材料。 这类材料具有良好的循环性能，但是比容量较低，仅为372mAh/g。而且在电池首 次充放电过程中不可避免地都要在碳负极与电解液的界面上反应形成覆盖在碳电极 上的钝化薄层(SEI膜)，造成不可逆能量损失。除此之外，碳材料在嵌锂时，其电 极电位与金属锂的析出电位相近，当电池过充电时，碳电极表面易析出锂枝晶而引起 短路，严重影响电池的安全性。因此，迫切需要研究比容量高、循环性能良好、安全 性好的新型锂离子电池负极材料。许多金属和半金属(如Al，Mg，Ga，Sn，Si， Sb，Cd等)可以与锂形成合金，其中金属锡是很有希望取代碳负极材料的备选材料 之一，它能与锂发生反应，形成Li_4.4Sn相，其理论比容量为994mAh/g，远远高 于石墨化碳材料。

但是锡金属本身作为锂离子电池负极材料却有着很大的不足，其最大缺点就是循 环寿命太短。原因是它与锂的合金化过程中体积变化非常大，体积膨胀可达到100％～ 300％，在材料内部产生较大应力，而引起电极材料粉化，造成与集流体的电接触变 差；此外，完全锂合金化的电极材料有较差的导电性。为了利用锡金属的优点，同时 解决它存在的不足，向锡金属中掺杂其它元素形成锡基金属键化合物是解决问题的较 好办法。这种掺杂的元素主要由两类，其中一类是锂惰性材料，另一类是锂活性元素。 锂惰性元素与锡形成的合金在充放电过程中与锂发生的反应可由下式表示：

MM′+xLi→Li_XM+M′

其中M为锂活性元素Sn，M′为锂惰性元素。一般说来，经过首次充放电，形成的 Li-M合金分散在基体M′中。金属M′充当了导电惰性网络，一方面提供了一个良好 的导电环境，另一方面缓解了活性材料的体积膨胀，从而在一定程度上提高了活性材 料的循环性能。锂活性元素与锡形成的合金，由于不同的金属在不同的电位与锂发生 合金化反应，当一种金属与锂发生合金化反应时，另一种金属保持惰性，相当于活性 合金分散在非活性合金的网络中，相对于单一金属，材料的循环性能有很大提高。

发明内容

为了拓展锂离子电池负极合金材料类型，本发明提出一种适用于锂离子电池的高 容量SnZn合金电池负极材料的制备方法，该方法采用恒压电沉积，在铜箔上制备 出不同比例的SnZn合金镀层。

本发明的一种采用电沉积法在铜箔上制备适用于锂离子电池的SnZn合金负极 材料的方法，包括如下步骤：

第一步：配置电沉积溶液：

电沉积溶液由硫酸亚锡SnSO₄、七水合硫酸锌ZnSO₄·7H₂O、硫酸钠Na₂SO₄、 酒石酸和去离子水组成；该电沉积溶液在超声波振荡频率为40kHz、功率为150W 条件下分散2～10min后，静置待用；

用量：300ml的去离子水中加入0.65g～1.94g的SnSO₄、0.86g～2.59g的 ZnSO₄·7H₂O、42.6g的Na₂SO₄和5.4g的酒石酸；

第二步：铜基底的前处理：

将30μm厚度的铜箔裁剪成2cm×4cm，用800#，1500#的砂子依次打磨，除 去表面的氧化层；然后用去离子水洗净并放入丙酮溶液中保存，欲镀之前洗净、吹干；

第三步：恒压电沉积制备SnZn合金：